در جستجوی ماده تاریک

بیگ بنگ: درک انسان از جهان مادی پیرامونش به وسیله حس بینایی همواره از اعتبار و مقبولیت عام بیشتری نسبت به یافته‌های او از طریق حواس دیگر برخوردار بوده است. ولی گاهی اوقات چیزی که چشم انسان می‌بیند با نتیجه محاسبات علمی همخوانی ندارد.

در این تصویر رنگ صورتی نشان دهنده گاز داغ که اکثرا اجرامی مادی و درخشان را نشان می دهد، و رنگ آبی تجسمی از ماده تاریک بر اساس اندازه گیری عدسی گرانشی میباشد.

در این تصویر رنگ صورتی نشان دهنده گاز داغ که اکثرا اجرامی مادی و درخشان را نشان می دهد، و رنگ آبی تجسمی از ماده تاریک بر اساس اندازه گیری عدسی گرانشی میباشد.

به گزارش جام جم، یکی از مهم ترین نمونه های این همخوان نبودن حدود ۸۰ سال پیش، زمانی که کیهان شناس سوئیسی فریتز زوئیکی مشغول تخمین زدن جرم تعدادی کهکشان دوردست بود اتفاق افتاد. جرمی که او براساس سرعت و چگونگی حرکت کهکشان ها بر اساس قوانین نیوتن محاسبه کرد ۴۰۰ برابر جرمی بود که بر اساس شدت روشنایی آنها تخمین زده شده بود. دانشمندان تا حدود ۳۰ سال پیش اهمیت چندانی به محاسبات عجیب زوئیکی و مشاهدات دیگران نشان ندادند، ولی در نهایت راه حلی برای یافتن پاسخ این معما پیشنهاد شد که علم کیهان شناسی را وارد چالش جدیدی کرد. مشخص شد که همه ستاره ها، سیاره ها، عناصر و ذرات قابل مشاهده در عالم به علاوه مقدار قابل توجهی گاز که در فضای بین کهکشان ها وجود دارد، در مجموع چیزی حدود ۴ درصد از جهان مادی پیرامون ما را تشکیل می دهد.

حدود شش برابر بیشتر از این مقدار یعنی ۲۳ درصد جهان نیز از ماده ای تشکیل می شود که تأثیر جرم آن در حرکت کهکشان ها به وضوح قابل مشاهده است؛ هرچند خود این ماده را نمی توان به طور مستقیم مشاهده کرد. البته دلیل این ناتوانی به هیچ وجه پیچیده و ماورایی نیست. حس بینایی زمانی کارایی دارد که یک موج الکترومغناطیسی در محدوده طول موج مرئی به یک ماده برخورد کند و بازتاب آن اعصاب بینایی چشم را تحریک کند تا انسان بتواند آن ماده را ببیند. ولی در مورد ماده تاریک، موج الکترومغناطیسی تابیده شده به آن، بدون این که هیچ بازتابی داشته باشد (یا با بازتابی بسیار ناچیز)، از درون آن عبور می کند. از سال ۱۹۳۳ تا به امروز تلاش های فراوانی برای آشکارسازی غیرمستقیم ماده تاریک صورت گرفته. گرچه این تلاش ها هنوز به طور کامل به ثمر ننشسته، ولی دستاوردهای اخیر دانشمندان آنها را به حل مساله ماده تاریک ​ طی دو سال آینده امیدوار کرده است.

تصورات و کار دانشمندان برای حدس ماهیت ماده تاریک بسیار سخت است. زیرا هر احتمالی به محض مطرح شدن با مشاهدات و داده های فراوان اخترشناختی سنجیده می شود و اگر از عهده توجیه آنها بر نیاید بیرحمانه کنار گذاشته می شود. برخی از مهم ترین کاندیداهای گذشته و امروز ماده تاریک عبارتند از:

ماده تاریک سرد

مدل ماده تاریک سرد یکی از کاندیداهای پاسخ به معمای ماده تاریک بود که فقط گرانش را تجربه می کرد و با ذرات دیگر مانند فوتون ها یا همان ذرات نور برهم کنشی انجام نمی داد. این مدل با مشاهدات مدارگرد کوبه (COBE) که حدود ۲۰ سال پیش به فضا فرستاده شد همخوانی نداشت و به دلیل پیش بینی نادرست در مورد تعداد کهکشان های موجود در عالم با شکست مواجه شد. مدل ماده تاریک سرد وجود تعداد زیادی کهکشان اقماری اطراف کهکشان راه شیری را پیش بینی می کرد؛ درصورتی که این تعداد در واقع فقط سه کهکشان بود.

ماده تاریک چند جزئی با طعم مخلوط

تعجب نکنید! این نام عجیب تازه ترین کاندیدای ماده تاریک است که پروفسور میخائیل مدودف از دانشگاه کانزاس پیشنهاد کرده و توانسته به وسیله آن بسیاری از مشکلات مدل های دیگر را حل کند. این مدل ماهیت ماده تاریک را این طور توضیح می دهد که همزمان چند جرم مختلف دارد. مدودف این پدیده را با استفاده از مثال نور سفید شرح می دهد: همان طور که نور سفید از ترکیب رنگ ها (طعم ها)ی مختلف تشکیل شده و در عین حال یک رنگ واحد (سفید) دارد، ماده تاریک هم از مخلوط چند جرم مختلف به صورت همزمان تشکیل شده است. اگر یکی از رنگ های نور سفید شدیدتر از میزان عادی شود، نور سفید به رنگ نور غالب در می آید. ماده تاریک مخلوط هم ترکیبی از چند ذره است که شدت و ضعف جرم هر یک از آنها می تواند به تغییر ویژگی های ماده تاریک مخلوط منتهی شود.

این تصویر شبیه سازی ساختار بزرگ مقیاس ماده در کیهان و توزیع ابر خوشه های کهکشانی را نشان می دهد.

این تصویر شبیه سازی ساختار بزرگ مقیاس ماده در کیهان و توزیع ابر خوشه های کهکشانی را نشان می دهد.

اعضای پرتعداد گروه تحت سرپرستی او برای دستیابی به این نتیجه مهم، در مجموع دو میلیون ـ نفر ساعت (معادل ۲۳۰ نفر ـ سال) کار شبیه سازی رایانه ای انجام داده است. ماده تاریک مورد نظر او بر خلاف ماده تاریک سرد، با فوتون ها و نوترینوها بر هم کنش دارد. (نوترینو یکی از ذرات بنیادی است که در لحظه بیگ بنگ(BigBang) به مقدار بسیار زیاد تولید شد. این ذره تمایل بسیار اندکی برای برهم کنش با ذرات دیگر از خود نشان می دهد) بنابراین ماده تاریک را پراکنده می کند و برخلاف مدل ماده تاریک سرد، کهکشان های زیادی شکل نمی گیرد. به عبارت دیگر، پس از بیگ بنگ هاله های ماده تاریک گازهای حاصل را به دام انداختند تا کهکشان ها شکل بگیرد. ولی پس از مدت کوتاهی قبل از تشکیل کهکشان های بیشتر پراکنده شدند. این فرضیه به قدری جدید است که هنوز برنامه ای در مورد چگونگی آشکارسازی این ذره ارائه نشده است.

ذره پرجرم با قدرت برهم کنش ضعیف (ویمپ)

این ذره بسیار سنگین تر از پروتون است و فراوانی آن نیز بسیار کمتر از پروتون تخمین زده می شود. «آزمایشگاه بزرگ و زیرزمینی زنون در داکوتای جنوبی» به طور خاص برای آشکارسازی این ذره طراحی و ساخته شد که البته اولین آزمایش رسمی آن در سال گذشته موفق به آشکارسازی این ذره نشد. این آزمایشگاه یک برنامه سه ساله برای آشکارسازی ویمپ(WIMP)  تعریف کرده که هنوز دو سال از آن باقی مانده است. آنها همچنین در حال همکاری با مرکز اروپایی زپلین برای ساخت آزمایشگاه لاکس ـ زپلین هستند که قرار است از هفت تن زنون مایع و سیستم های بسیار پیشرفته برای آشکارسازی ویمپ استفاده کند. اگر ویمپ با هسته اتم زنون برخورد کند باعث تغییرات قابل مشاهده در آن می شود.

بازگشت به گذشته

کشورهای ایالات متحده، کانادا، ایتالیا و چین موضوع ساخت آشکارسازهای بزرگ و حساس را به طور جدی دنبال می کنند که توضیح کامل تلاش های آنها در این نوشته مقدور نیست. امسال یازدهمین سمپوزیوم ماده تاریک هم در دانشگاه کالیفرنیا در لس آنجلس برگزار شد. دانشمندان حاضر در این سمپوزیم دوسالانه ابراز امیدواری کردند با توجه به دستاوردهای مهم فعلی بتوانند در دوره بعد مسأله ماده تاریک را حل شده اعلام کنند. پذیرفتن این نکته که این همه تلاش و کوشش طاقت فرسای دانشمندان و محققان از ابتدای شکل گیری علم فیزیک تا کنون فقط برای توضیح ۴ درصد از عالم هستی کاربرد دارد، بهت آور است.

میچیو کاکو، استاد دانشگاه سیتی کالج نیویورک معتقد است اگر ثابت شود با نوع کاملا متفاوتی از ماده سر و کار داریم «علم به چند قرن قبل تر، یعنی قبل از ظهور فرضیه اتمی بازگشته است.» البته آشکارسازی ۲۳ درصد ماده تاریک هم پایان کار نیست و فیزیکدانان باید چاره ای برای توضیح ۷۳ درصد ناشناخته باقیمانده از محتوای جهان هستی، یعنی انرژی تاریک بیندیشند.

آکسیون

آکسیون (axion) ذره ای کم جرم است که پس از ورود به دستگاه آشکارساز «اِی ـ دی ـ ام ـ ایکس نسل ۲» با احتمالی بسیار ناچیز ولی غیر صفر به فوتون تبدیل می شود. این دستگاه در دانشگاه واشنگتن قرار دارد و مانند دیگر آزمایشگاه های پیشرفته، دانشمندانی از سراسر دنیا در آن مشغول فعالیت هستند. اهمیت آکسیون ها طی چند روز گذشته بشدت افزایش یافت. زیرا دانشمندان دانشگاه لستر انگلیس ظاهرا شواهدی محکم برای وجود آنها ارائه کرده اند. آنها با سیگنال های غیرمنتظره ای در تابش ثابت پس زمینه اشعه ایکس در جو زمین روبه رو شدند که تنها توضیح قانع کننده برای پدید آمدن آنها پذیرفتن این احتمال بود که ذرات آکسیون پس از تولید شدن در مرکز خورشید و برخورد به میدان مغناطیسی زمین به اشعه ایکس تبدیل شده و رصدخانه فضایی نیوتن موفق به ثبت آنها شده است.

نویسنده: مسعود توکلی

اطلاعات بیشتر در: Dark matter , What Is Dark Matter , slate

image_pdfimage_print
(12 نفر , میانگین : 4٫75 از 5)
لینک کوتاه مقاله : http://bigbangpage.com/?p=20017
تحریریه‌ی بیگ بنگ

تحریریه‌ی بیگ بنگ

وب سایت بیگ بنگ یک سایت علمی، تحقیقاتی میباشد که توسط تعدادی از علاقمندان به علم و دانش اداره می شود. این سایت از اواخر سال 1390 تاکنون به فعالیت خود در این حوزه ادامه داده است.

شما ممکن است این را هم بپسندید

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *